电机设计及其CAD-第4章
直线电机的计算机辅助设计及研究
直线电机的计算机辅助设计及研究随着科技的不断发展，计算机辅助设计（CAD）技术广泛应用于各个领域。
在电机设计领域中，CAD技术的应用也取得了显著的成果。
本文将重点介绍一种新型的电机设计技术——直线电机的计算机辅助设计及研究。
直线电机是一种将电能直接转换为直线运动机械能的装置。
相较于传统的旋转电机，直线电机具有结构简单、维护方便、精度高等优点。
因此，直线电机在机床、交通运输、自动化生产线等领域得到了广泛的应用。
随着计算机技术的迅速发展，直线电机CAD技术也不断进步。
早期的直线电机CAD技术主要依赖于设计师的手动设计和计算，效率低下且精度难以保证。
随着CAD软件的不断完善，现在的直线电机CAD技术已经可以实现自动化设计和优化。
（1）参数化设计：通过设定相关参数，软件可以自动完成直线电机的设计，并生成相应的三维模型。
（2）性能预测：软件可以根据设计模型，预测直线电机的性能指标，如推力、速度、精度等。
（3）结构优化：根据性能预测结果，软件可以对设计模型进行优化，提高直线电机的性能。
在直线电机设计中，有限元分析是一种常用的数值分析方法。
通过有限元分析，可以精确地模拟直线电机的电磁场分布、推力输出、热分布等情况，为设计师提供有力的参考依据。
仿真分析是通过建立数学模型，模拟直线电机的实际运行情况，以便评估其性能和可靠性。
通过仿真分析，设计师可以预测直线电机在不同工况下的表现，及时发现和解决潜在的问题。
这里以某款高速直线电机为例，介绍其计算机辅助设计和研究过程。
该款直线电机应用于高精度数控机床，要求推力大、行程长、定位精度高。
利用CAD软件进行参数化设计，调整电机结构尺寸，优化电磁方案。
根据客户要求，设定电机的行程、推力、精度等参数，软件自动生成三维模型。
利用有限元软件对设计模型进行电磁场分析，发现电磁力分布不均匀，影响了电机的推力输出。
通过调整电磁方案和结构设计，优化电磁力分布。
根据优化后的设计模型进行仿真分析，评估电机的性能和可靠性。
工程机械CAD_CAM课后习题答案
⼯程机械CAD_CAM课后习题答案第⼀章概述1．简述产品设计制造的⼀般过程。
答：CAD/CAM系统是设计、制造过程中的信息处理系统，它主要研究对象描述、系统分析、⽅案优化、计算分析、⼯艺设计、仿真模拟、NC编程以及图形处理等理论和⼯程⽅法，输⼊的是产品设计要求，输出的是零件的制造加⼯信息。
2．简述CAD/CAM技术的概念、狭义和⼴义CAD/CAM技术的区别与联系。
答：CAD/CAM技术是以计算机、外围设备及其系统软件为基础，综合计算机科学与⼯程、计算机⼏何、机械设计、机械加⼯⼯艺、⼈机⼯程、控制理论、电⼦技术等学科知识，以⼯程应⽤为对象，实现包括⼆维绘图设计、三维⼏何造型设计、⼯程计算分析与优化设计、数控加⼯编程、仿真模拟、信息存贮与管理等相关功能。
区别：⼴义的CAD/CAM技术，是指利⽤计算机辅助技术进⾏产品设计与制造的整个过程，及与之直接和间接相关的活动；狭义的CAD/CAM技术，是指利⽤CAD/CAM系统进⾏产品的造型、计算分析和数控程序的编制联系：⼴义的CAD/CAM技术包容狭义的CAD/CAM技术3．传统的设计制造过程与应⽤CAD/CAM技术进⾏设计制造的过程有何区别与联系？答：区别：传统的设计与制造⽅式是以技术⼈员为中⼼展开的，，产品及其零件在加⼯过程中所处的状态，设计、⼯艺、制造、设备等环节的延续与保持等，都是由⼈⼯进⾏检测并反馈，所有的信息均交汇到技术和管理⼈员处，由技术⼈员进⾏对象的相关处理。
以CAD/CAM技术为核⼼的先进制造技术，将以⼈员为中⼼的运作模式改变为以计算机为中⼼的运作模式，利⽤计算机存贮量⼤、运⾏速度快、可⽆限期利⽤已有信息等优势，将各个设计制造阶段及过程的信息汇集在⼀起，使整个设计制造过程在时间上缩短、在空间上拓展，与各个环节的联系与控制均由计算机直接处理，技术⼈员通过计算机这⼀媒介实现整个过程的有序化和并⾏化。
联系：制造过程的各个环节基本相同。
4．简述我国CAD/CAM技术发展的过程与特点。
电机CAD报告
电 机 CAD 报 告J 电气1103 吴敏霞 4111127067Ansoft Maxwell 作为世界著名的商用低频电磁场有限元软件之一，在各个工程电磁场领域都得到了广泛的应用。
它基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，将工程中的电磁场计算转变为庞大的矩阵求解。
该软件包括二维求解器、三维求解器和RMxprt 旋转电动机分析专家系统这3个主要模块，不仅可以进行静磁场、静电场、交直流传导电场、瞬态电场、涡流场、 瞬态磁场等不同的基本电磁场的特性分析，还可以通过RMxprt 电动机模块仿真多种电动机模型，为实际电动机设计提供帮助。
利用Ansoft 软件进行仿真可以帮助我们了解电动机的结构特性。
设计一台电机时，必须确定许多尺寸，但其中起主要与决定作用的是电机的主要尺寸。
电机的主要尺寸是指电枢铁芯的直径和长度。
对于直流电机，电枢直径是指转子外径；对一般结构的感应电机和同步电机，则是指定子内径。
主要尺寸确定以后，其他尺寸也就可以大体确定。
电机的重量、价格、工作特性和运行可靠性等也都是和主要尺寸以及它们的比值有密切的关系。
所以确定主要尺寸是电机设计的第一步。
一、电机设计的一般步骤1、选取电机初始设计参量：① 冲片尺寸：1D 、1i D 、2i D 、δ、L 、1Q 、2Q 、槽形尺寸② 绕组参量：d 、1d 、t N 、Z 、a 、i ∆、连接法2、校核电机性能指标：T F 、E K 、η、st I3、调整电机有关参量：1i D 、L 、δ、s N 、转子槽形尺寸4、挑选最佳电机设计方案①磁路计算 m t t p E I F F H B F K →∑→→→⎥⎥⎦⎤→'Φ→'→,各段磁路②参数计算 E K I I x x r r →−−−→−⎥⎦⎤→'→Γ212121,,,,型电路η ③性能计算 m N fw Cu Fe T S p p p p →→→→∑→ϕηcos ,,④起动计算 st st st st T I Z st x st x st r I →→→⎥⎦⎤⎢⎣⎡→')(,)()(212电机的几何尺寸很多，有铁心尺寸、绕组尺寸、外形尺寸、安装尺寸，其它各种结构部件的尺寸。
电气CAD制图与识图1-4(2007)
第四节 电气图标准
一、电气图标准
电气制图标准 电气图形符号标准 项目代号、文字符号和其他标准
二、电气图标准的特点 三、与电气图有关的一些其他标准
第五节 电气制图的一般规则
一、图纸的幅面和分区 1、图面的构成及幅面尺寸 2、标题栏和明细栏 3、图号 4、图幅分区
6) 等效电路图 图1-11就属于这种图。 7）功能表图 图12-2属于这种图。 8）顺序表图 计数器状态图属于这种图。 9）时序图 图1-12属于这种图。 10）电路图 图1-6属于这种图。
第二节 电气图的分类
三、位置类图
1) 总平面图 2）安装图 3）安装简图 4) 装配图 5）布置图
第一节 信息、媒体和电气图
三、信息流与电气图种类
表示电气系统、装置和设备的功能、特性及内部 关系的电气图，在许多情况下可以根据信息流 运动状况来描述，以图示变压器工作系统为例。 这一系统由电源、开关Q、控制装置C、变压器T 构成。这一系统中，Q、T、C之间存在以下关系， 见图1-2：
第一节 信息、媒体和电气图
第三节 电气图的一般特点
一、简图是电气图的主要表达形式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图1-16（a）是某35KV简易变电所的断面布置图。 如果仅仅为了表示这一变电所的电气设备构成及其连接关系，则可 绘制成1-16（b）所示的电气系统图。该图具有以下特点： 1）各种电气设备和导线用图形符号表示，而不用具体的外形结构 表示； 2）各设备符号旁标注了代表该种设备的文字符号； 3）按功能和电流流向表示各电气设备的连接关系和相互位置； 4）没有尺寸标注。 类似于图1-16（b）的图称为简图。简图是用图形符号、带注释的围 框或简化外形表示系统或设备中各组成部分之间相互关系及连接关 系的一种图。 注意：简图并不是简略的图，而是一种术语。
某小型长皮带电机安全起动的电气原理设计CAD平面图纸
化工制图cad1-4章第二章设备布置图
如标注位置不够，则可引出标注
或
标高数字 以m为单位，注写到小数点以后第三位；在总平面图中，可注 写到小数点以后第二位。 基准面标高±0.000，正标高可省略“+”，负标高应注“-”。
10.000
10.000 5.000 4.500 或 EL 10.000
±0.000 或 EL ±0.000
装置内管廊、通道的布置。
2）设备
线型：粗实线（粗虚线） 图形：画出设备外形轮廓 （投影图） ，机、泵类动设备可
简化。
基本要求：
(a)穿过楼板的设备，在相应的平面图上均要画出其平面位 置，剖开的设备在轮廓线内画出断面符号； 应避免在各剖视图上重复出现同一台设备； (b)剖视图中设备的钢筋混凝 土基础与设备外形轮廓组合 在一起时，与设备同用粗实 线画出；
小区数≯ 9个，若小区数>9，则先划分大区，再将每一大 区划分为若干小区。
课本46-47页，分区索引图
分区索引图：见P46-47
（1）采用研究版设备布置图适当缩小后进行分区。
分区线：大区分区线用粗双点划线，小区分区线用中粗双点划线；
（2）在图样左下角画直径8mm圆表示基准点，标注其坐标； （3）标注建筑起、终点的定位轴线；
尺寸数字
a)除标高及总平面图以m为单位外，其它尺寸以mm为单位； 上方中部 b)尺寸数字注写在靠近尺寸线的 图2-25 左侧中部 注写位置不够时，最外边的尺寸数字可注写在尺寸界线的外侧，中间 相邻的尺寸数字可错开注写，也可引出注写。图2-27 80 1200
70 70
900
40
40
平面尺寸基准 平面尺寸一般以建筑定位轴线为基准。
剖视图：
粗实线
细实线 平面图：
motorcad电机电磁仿真基本流程
motorcad电机电磁仿真基本流程MotorCAD是一款专业的电机电磁仿真软件，能够对不同类型的电机进行精确的设计和优化。
在实际应用中，设计工程师需要根据实际需求制定仿真流程，并对仿真结果进行分析和优化。
本文将介绍MotorCAD电机电磁仿真的基本流程，并对每个环节进行详细描述，以帮助读者更好地理解和应用MotorCAD。
一、MotorCAD电机电磁仿真基本流程MotorCAD电机电磁仿真的基本流程包括以下几个环节：建立电机模型、设定计算参数、运行仿真计算、分析仿真结果、进行优化设计。
下面将对每个环节进行详细描述。
1. 建立电机模型在MotorCAD中，电机模型是仿真的基础，也是设计工程师进行仿真分析和优化的基础。
建立准确的电机模型至关重要。
通常，电机模型包括电机的几何结构、材料属性、绕组参数、磁环和气隙的尺寸等信息。
如果模型不够准确，则会导致仿真结果与实际情况存在误差，无法满足设计要求。
2. 设定计算参数在进行电机电磁仿真前，需要先设定仿真计算的参数。
这些参数包括计算方式、仿真时间、电磁学模型、激磁电流、转速、电压等。
计算方式有时间步进法、瞬态有限元法、频域法等。
设定好这些参数后，才能开始电机电磁仿真计算。
如果参数不合理，则会影响仿真结果的准确性。
3. 运行仿真计算在设定好计算参数后，就可以进行仿真计算了。
MotorCAD允许用户进行多种类型的计算，如电磁场分布、磁通分布、感应电势、参数计算、扭矩计算等。
仿真计算的过程中，可以观察到电机的电磁、热、机械等方面的性能，并可以进行多种类型的尝试。
4. 分析仿真结果仿真计算完成后，需要对仿真结果进行分析。
这包括电机的电磁、热、机械等方面的性能分析。
针对不同类型的分析结果，设计工程师可以进行相应的分析和优化，以满足实际应用需求。
5. 进行优化设计在分析仿真结果后，设计工程师还需要对电机模型进行优化，以提高电机的性能和效率。
可以针对电机的电磁、热、机械等性能进行优化设计。
数控车床装配设计（全套CAD图纸）
摘要自从1946年世界上首次电子计算机制造以来,这说明人们制造了工具,能增加和替换脑力。
它和工具,人类在农业和工业社会,有了质的飞跃,为人类进入奠定了基础信息社会。
在1952年,计算机技术应用于机器,第一个数控机床的诞生在美国。
从那时起,近年来传统的机床,数控机床公司逐年增加,并被应用在大中型企业中,有了质量的变化。
近半个世纪以来,数控系统经历了两个阶段和六代的发展。
在中小企业甚至个人企业也普遍开始使用。
在这些数控机床,除了少量的机床在FMS模式集成,主要是在独立的运行状态,和相当部分的使用效率不高,落后的管理模式。
近年来,中国的出口增长的大型数控机床是数控车床、数控磨床、数控加工专用机床,数控剪板机,数控折弯,折弯机,数控压铸机、通用机床。
在车床主传动系统的毕业设计中，使学生建立不错的的规划和了解车床主传动系统设计的一般方法。
巩固和加深所学理论知识，加深知识储备，运用所学知识剖析和处理设计工作中的实际问题。
从机械制造装备毕业设计中，使我们在制定车床主传动机构、车床的结构设计、一般的提案的设计、零件等的计算、编绘技术文稿和设计理论的表现等方面，得到整体性的锻炼。
轻车熟路相关准则、图册和参照素材的使用，以懂得具有粗浅的结构剖析和构造的设计演算的能力。
关键词：主传动系统、传动设计、动力设计Abstract1946 birth of the world's first electronic computer, which suggests that human created can be enhanced and part instead of the mental work tools. It with humans in agriculture, industrial society to create those is only a means of enhancing physical labor, compared to a qualitative leap, which laid a foundation for human into the information society. Six years later, in 1952, the computer technology application in machine tools, was born in the United States the first CNC machine tool. Since then, traditional machine tools produced in recent years, our country enterprise of nc machine tools share rise year by year, in large and medium-sized enterprises have more use, a qualitative change. Nearly half a century, the CNC system has experienced two stages and the development of six generations. Also common in small and medium-sized enterprises and individual enterprises begin to use. In the nc machine tools, in addition to a small amount of machine tools used in FMS model integration, mostly in single machine running state, and some in the efficiency is not high, management way backward state. In recent years, China's exports was bigger nc machine tool with CNC lathe, CNC grinding machine, numerical control special machine tools, CNC bending machine, CNC shearing machine, CNC forming die casting machine, such as the common machine tools have a drilling machine, sawing machine, slotting machine, broaching machine, combinationmachine tools, hydraulic press.Through the lathe main drive system of curriculum design, causes the student to set up the correct design ideas and master the basic method of lathe main transmission system design.Consolidate and deepen the theory knowledge, the expanded aspect of knowledge, and apply what they have learned the theory analysis and solve specific problems in the design work;By machinery and equipment course design, causes the student to the structure of the main transmission mechanism in forming lathe, lathe parts design, all kinds of scheme design, calculation, write technical documents and the expression of design ideas and so on, to get basic training comprehensive;Be familiar with the relevant standards and manuals and the use of the resources, to foster a preliminary structural analysis and the ability to structure design and calculation.Keywords: main drive system, transmission design, dynamic design目录摘要 1第一章概述 (1)1.1国内数控机床现状 (1)1.2 设计参数 (1)第二章参数的拟定 (2)2.1确定极限转速 (2)2.2电机的选择 (2)第三章传动设计 (3)3.1主传动方案拟定 (3)3.2传动结构式、结构网的选择 (3)3.3转速图的拟定 (3)第四章主传动部分的改造和设计 (6)4.1主传动部分方案拟定 (6)4.2主传动部分设计改造设计计算 (9)4.3数控机床分级变速箱的设计 (11)4.4电磁离合器的设计计算 (15)4.5齿轮的结构设计 (16)4.6带轮结构设计 (17)4.7传动轴间的中心距 (17)4.8轴承的选择 (17)第五章动力设计 (18)5.1传动轴的验算 (18)5.2齿轮效验 (22)5.3轴承的效验 (23)第六章结构设计及说明 (24)6.1结构设计的内容 (24)6.2 I轴的设计 (24)6.3齿轮块的设计 (25)6.4传动轴的设计 (25)结论 (27)参考文献 (28)致谢 (29)第一章概述1.1国内数控机床现状最近几年我国企业的数控机床占的比重也在增长，在大的公司中就有很多的使用，在小公司和个体的企业中也在开始使用中。
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交流电机计算中，电抗通常采用标么值 标么值：清晰、方便表达出电机的某些性能，对额 定值不同的电机进行参数和性能的比较。
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各导条电流大小相等IB，相位相差
2p
Z2
，端环各
段中电流有效值相等IR，相邻两段电流的相位相差
IR
IB
2 sin
2
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A、E、B级： 75ºC, F、H级： 115ºC
3）电机绕组常用材料 铜：工业纯铜(含铜量大于99.5，紫色) 铜合金：铜加镍为白铜，加锌为黄铜，其他铜合金为青铜
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R2
m1 Z2
N1Kdp1
1 2
2
R2
4m1
N1Kdp1 Z2
2
正常运行时，K
' F
1
，起动时，
K
' F
显著增大，详见§4-6
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3、同步电机 电枢绕组：电阻计算与感应电机定子绕组的一样 励磁绕组：用直流电机的方法计算励磁绕组电阻
2) 绕线转子电阻
可用定子绕组电阻计算方法计算，但正常运行时，
电流频率很低，sf1，
K
' F
1
需要折算到定子侧：
R2'
R2
m1 m2
N1Kdp1 N 2 K dp 2
2
3) 笼型转子
多相对称绕组。相数=槽数，每相导体数等于1。
导条电阻和端环电阻。由于导条中电流与端环电流是 不一样的，因此这两部分不能简单相加，而须将端环电阻 折合到导条，再从导条侧折合到定子侧。
一、电抗分类
1）主电抗：基波主磁通所经过磁路对应的绕组电抗
X
* m
IN Xm U N
感应电机以功电流为基值
I KW
PN m1U N
2）漏电抗：基波主磁通以外的磁通皆归为漏磁通，与 漏磁通对应的电抗
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若导条端环材料相同
R2
w(
lB AB
DR
Z2
1 AR
Z
2 2
2 2 p
2
)
w
(
lB AB
Z2DR )
2p 2 AR
其中 lB , AB 导条长度，截面积
DR , AR 端环平均直径，截面积
折算到定子侧
R2'
R2
m1 m2
N1Kdp1 N 2 K dp 2
2
第四章 参数计算
等效电路由电阻和电 抗组成，电阻、电抗 是电机重要参数
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•电阻：1）电阻大，损耗大，压降大 2）感应电动机转子电阻对其转矩特性影响大
•电抗：1）漏抗小，同步发电机短路电流大，感应电动机 起动电流大
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•铜导线：工业纯铜(含铜量大于99.5，紫色), 制作电枢绕组 •黄铜：铜锌合金。感应电动机转子导条、滑环 •紫铜：工业纯铜(含铜量大于99.5)。感应电动机转子导条、 换向器 •磷青铜：含2％～8％锡、0.1％～0.4％磷。感应电机转子导 条、滑环 •铝导线：纯铝。电阻率大、密度小、易氧化、焊接复杂 •铸铝：加入Si元素，铝液流动性好。感应电动机转子导条
2）漏抗大，同步发电机电压变化率大；感应电动机 功率因数、最大转矩和起动转矩降低； 直流电机换向变差
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3）同步电机中，瞬变电抗与漏抗的大小关系密切， 瞬变电抗对电机的动态性能有很大影响。
本章仅限于计算稳态参数。
计算电阻时，用接成星形的 电阻代替多边形的端环电阻。
原则：铜耗不变
Z
2
I
2 B
R2
Z
2
I
2 B
RB
2Z
2
I
2 R
R
R
R2
RB
Hale Waihona Puke 2RRIR IB2
RB
2RR
1 2
I B 2 sin 2 sin p 2p
IR
2
Z2 Z2
R2
RB
Z
2 2
RR
2 2 p 2
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Na—总导体数 Lc—线圈平均半匝长度
Ac—导线截面积 2a—并联支路数
励磁绕组、换向极绕组、补偿绕组的电阻，可根据具体数 据用类似方法计算。
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2、感应电机
1) 定子绕组
每相绕组电阻：R1
K
' F
w
l s
K
电流集中于表面
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二、直流电阻计算
R l
Ac
1)电阻率与温度有关
15 0.0175 10 6 .m
,在电机正常工作的温度范围内
t 15[1(t 15)]
对于铜 电阻温度系数 0.004C 1
2）绕组的计算温度
国标规定：间接法测量效率时，各绕组的电损耗要换算到相
应绝缘等级的基准工作温度。
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三．各类电机绕组电阻的计算
1、直流电机
Ra
w
l s
w
N alc / 2a Ac
1 2a
w
Nalc Ac (2a) 2
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4-1 绕组电阻的计算
一、直流电阻及交流电阻
交流电通过绕组时，由于集肤效应，电流在导线截面上分 布不均匀，导致导线有效截面积变化，有效电阻增大
集肤效应
Re=KFR
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' F
w
2 N1lc Ac1
1 a1
K
' F
w
2 N1lc Ac1a1
N1—每相串联匝数 Lc—线圈平均半匝长度
Ac1—导体截面积 a1 —并联支路数
频率50Hz，导线为圆导线，集肤效应不明显
K
' F
1。若扁铜线，则集肤效应明显
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